CN115507888A - 一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统及检测方法,方法包括:获取光电编码器的初始零位信号的上升沿及有效宽度;基于所述初始零位信号的上升沿及有效宽度,同时启动两路定时器检测接收两路信号;获取光电编码器的终止零位信号的上升沿及有效宽度;基于所述终止零位信号的上升沿及有效宽度,停止所述两路定时器的检测工作;获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲数,并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值。本发明解决了现有技术中进行光电编码器精度检测时可能存在脉冲数与零位脉冲数不成比例、计数难度大的问题技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及编码器检测仪器技术领域,具体涉及一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统、检测方法和存储介质。
背景技术
脉冲增量式光电编码器主要应用于数控机床和机械附件、机器人、自动生产线、电梯、机床、测角仪、雷达等设备中,测量距离和角度等信息,多以分辨率标称产品性能,但在连续使用过程中会随机出现掉脉冲、多脉冲的现象,所以仅以分辨率来衡量产品性能是不够的,精度检测既保证了脉冲增量式光电编码器的分辨率,又提高了产品性能和稳定性。
但脉冲增量式光电编码器精度测量往往在计算时出现脉冲数与零位脉冲数量不成比例,计数难度大的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足,提供一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统及检测方法,解决了现有技术中进行光电编码器精度检测时可能存在方向脉冲数与零位脉冲数不成比例、计数难度大的问题。
为达到上述技术目的,本发明采取了以下技术方案:
第一方面,本发明提供了一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统,包括电机组件、电源、光电编码器和计数器,所述电机组件的输入端连接于所述电源,所述电机组件的输出端连接于所述光电编码器,所述电机组件用于给所述光电编码器提供一个使其转动的驱动力,所述光电编码器的信号输出端连接于所述计数器,所述计数器用于接收所述光电编码器发出的脉冲信号并对脉冲信号的数目进行统计。
在一些实施例中,所述电机组件包括直流电机和转速控制器,所述转速控制器与所述直流电机电连接,所述转速控制器用于调节所述直流电机的转速。
在一些实施例中,所述计数器包括至少三路计数输入和至少一个按键开关,所述按键开关位于所述计数器面板上,所述按键开关为自恢复开关。
第二方面,本发明还提供了一种脉冲增量式光电编码器精度检测方法,包括:
获取光电编码器的初始零位信号的上升沿及有效宽度;
基于所述初始零位信号的上升沿及有效宽度,同时启动两路定时器检测接收A、B两路信号;
获取光电编码器的终止零位信号的上升沿及有效宽度;
基于所述终止零位信号的上升沿及有效宽度,停止所述两路定时器的检测工作;
获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲数,并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值。
在一些实施例中,在获取光电编码器的第一个零位信号的上升沿及有效宽度之前,还包括:
控制所述直流电机带动所述光电编码器同步转动。
在一些实施例中,所述获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲,包括:
获取检测到的零位信号的统计值,以及脉冲信号总数;
根据所述零位信号的统计值,确定单位零位信号区间的个数;
根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数。
在一些实施例中,所述根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数,包括:
判断所述光电编码器正反转动情况;
若所述光电编码器正转,则所述输出脉冲对应的公式为Δ=X-Y,其中, X为计数器检测到的正转数量,Y为计数器检测到的反转数量;
若所述光电编码器反转,则所述输出脉冲对应的公式为Δ=Y-X,其中X 为计数器检测到的正转数量,Y为计数器检测到的反转数量。
在一些实施例中,所述并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值,所述光电编码器的精度表达式为: Jd=|Δ-S|/S×100%,
其中,Δ为检测到的光电编码器的输出脉冲,S为光电编码器的理论脉冲数,Jd为光电编码器的精度。
在一些实施例中,所述根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数,n表示方向脉冲信号总数,z表示零位信号的统计值。
第三方面,本发明还提供了一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现如上所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法中的步骤。
与现有技术相比,本发明提供的一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统及检测方法,将电机组件、电源、光电编码器和计数器电连接,通过所述电机组件用于给所述光电编码器提供一个驱动力从而带动光电编码器转动,以使光电编码器产生输出脉冲,随后利用计数器接收所述光电编码器发出的方向脉冲信号,首先获取光电编码器的初始零位信号的上升沿及有效宽度,当检测到初始零位信号的上升沿及有效宽度后,同时启动两路定时器检测接收A、B两路信号,计数器持续接收光电编码器发出的方向脉冲信号并对方向脉冲信号的数目进行统计,随后获取光电编码器的终止零位信号的上升沿及有效宽度,当检测到终止零位信号的上升沿及有效宽度后,停止所述两路定时器的检测工作,最后获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲数,并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值,确保了获取的方向脉冲数与零位脉冲数成一设定的比例,提高了光电编码器精度检测的准确率。
附图说明
图1是本发明提供的脉冲增量式光电编码器精度检测系统一实施例的结构示意图;
图2是本发明提供的脉冲增量式光电编码器精度检测方法一实施例的流程图;
图3是本发明提供的脉冲增量式光电编码器精度检测方法中,步骤 S205一实施例的流程图;
图4是本发明提供的脉冲增量式光电编码器精度检测方法中,步骤 S303一实施例的流程图;
图5是本发明提供的电子设备一实施例的运行环境示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
本发明涉及到的光电编码器为脉冲增量式光电编码器,其主要工作原理为光电转换,是一种通过光电转换将输出轴的机械几何位移量转变成计数脉冲,用脉冲的个数表示位移的大小的位移传感器,光电编码器主要由光栅盘和光电检测装置构成,在伺服系统中,光栅盘与电动机同轴致使电动机的旋转带动光栅盘的旋转,再经光电检测装置输出若干个脉冲信号,每个转动方向理论上只输出一路脉冲信号,光电编码器旋转一周只输出一个零位信号。
需要说明的是,常规的脉冲增量式编码器精度检测方式是将A(正转)、 B(反转)两路脉冲信号分别进行计数后进行求差,再与采集到的零位信号数量进行整除,计算编码器精度。这种方法是三路信号分别检测,很难保证编码器在检测开始和结束的时候旋转的是整圈,即不能保证零位信号与方向信号在理论上的倍数关系,而且在编码器非匀速运动或者在转动过程中出现来回抖动的状态下,零位信号与正反转信号相位有重叠的时候,极易出现多计和少计脉冲的情况,因此,本发明提供一个脉冲增量式光电编码器的精度检测方法,通过同时采集并统计光电式编码器输出的两路信号以及零位信号,进行精度计算,解决了现有技术中脉冲式增量光电编码器的精度检测方法中脉冲信号与零位信号不成比例,导致精度计算误差大的问题。
图1是本实施例提供的一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统的结构示意图,包括:电机组件1、电源2、光电编码器3和计数器4,所述电机组件1的输入端连接于所述电源2,所述电机组件1的输出端连接于所述光电编码器3,所述电机组件1用于给所述光电编码器3提供一个使其转动的驱动力,所述光电编码器3的信号输出端连接于所述计数器4,所述计数器4用于接收所述光电编码器3发出的脉冲信号并对脉冲信号的数目进行统计。
需要说明的是,本发明提供的一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统及检测方法,将电机组件1、电源2、光电编码器3和计数器4电连接,通过所述电机组件1用于给所述光电编码器3提供一个驱动力从而带动光电编码器3转动,以使光电编码器3产生输出方向脉冲,随后利用计数器4 接收所述光电编码器3发出的方向脉冲信号,通过统计输出的方向脉冲信号的个数,并根据理论的方向脉冲信号与实际输出方向脉冲数的相关关系,确定光电编码器的精度值。
需要说明的是,通过直流电机11转动来带动光电编码器3旋转,直流电机11的转速大小即为光电编码器3的转速,因此可通过调节直流电机11 的转速来选择在不同转速下检测光电编码器3的精度;于本实施例中,电机组件1包括直流电机11和转速控制器12,所述转速控制器12与所述直流电机11电连接,所述转速控制器12用于调节所述直流电机11的转速;具体的,通过转速控制器12能够根据实际需求控制直流电机11的转速,并且实时显示直流电机11带载后的转速,取代了人为使用秒表反复计算转速的方式,带来便捷性和同时也消除了使用秒表时带来的人为误差。
其中,一个具体的实施例中,直流电机为高速直流电机,额定工作电压为24V,功耗不大于120W,该电机为纯铜电机,具有发热小、损耗低、寿命长、低噪音的特点;转速控制器12通过调节电流的方式来调节直流电机11速度,显示调速比0-100%,可直接选择正转和反转模式,并且可通过串口通讯方式将测量的转速数据发送给计数器4,计数器4将采集到的转速信息显示在液晶屏上。
作为优选实施例,所述计数器4包括至少三路计数输入和至少一个按键开关,所述按键开关位于所述计数器面板上,所述按键开关为自恢复开关。
需要说明的是,光电编码器3输出信号A(正转)、B(反转)、Z(零位)通过检测电缆与计数器4连接,计数器4将三路信号分别通过内部隔离电路后,送入单片机进行检测,计数器4面板上设计的检测按键为自恢复开关,用来触发单片机计数功能的开启和关闭,编码器的精度检测结果通过计数器的液晶屏进行显示。
在一个具体的实施例中,计数器4主控芯片采用的是微控制器STM32F407VGT6,主要完成编码器信号采集、与测速装置通讯、数据计算与处理等功能,再将计算好的数据发送至液晶屏进行显示。本计数器4中采用的液晶为非触摸屏,工作电压为5V~24V宽电压输入,通讯方式为异步双全工模式,控制方式简单,可操作性强。
请参阅图2,基于上述所说的脉冲增量式光电编码器精度检测系统,本发明实施例还提供一种脉冲增量式光电编码器精度检测方法,包括:
S201、获取光电编码器的初始零位信号的上升沿及有效宽度;
S202、基于所述初始零位信号的上升沿及有效宽度,同时启动两路定时器检测接收两路信号;
S203、获取光电编码器的终止零位信号的上升沿及有效宽度;
S204、基于所述终止零位信号的上升沿及有效宽度,停止所述两路定时器的检测工作;
S205、获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲数,并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值。
需要说明的是,本发明提供的脉冲增量式光电编码器的精度检测方法,利用计数器接收所述光电编码器发出的方向脉冲信号,首先获取光电编码器的初始零位信号的上升沿及有效宽度,当检测到初始零位信号的上升沿及有效宽度后,同时启动两路定时器检测接收A、B两路信号,计数器持续接收光电编码器发出的方向脉冲信号并对方向脉冲信号的数目进行统计,随后获取光电编码器的终止零位信号的上升沿及有效宽度,当检测到终止零位信号的上升沿及有效宽度后,停止所述两路定时器的检测工作,最后获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲数,并根据所述输出方向脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值。
在一些实施例中,在获取光电编码器的第一个零位信号的上升沿及有效宽度之前,还包括:
控制所述直流电机带动所述光电编码器同步转动。
需要说明的是,通过控制直流电机带动光电编码器转动,以使光电编码器工作,才能够进行精度检测,具体的,光电编码器的转速与直流电机的转速一致,通过调整直流电机的转速能够检测在不同转速下的光电编码器的精度。
在一些实施例中,请参阅图3,所述获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出方向脉冲,包括:
S301、获取检测到的零位信号的统计值,以及方向脉冲信号总数;
S302、根据所述零位信号的统计值,确定单位零位信号区间的个数;
S303、根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数。
需要说明的是,其中,统计零位信号的数目时,始终以检测零位信号的上升沿及有效宽度信号为基准进行统计,在检测过程中,至少需要统计两个零位信号作为精度检测的最小区间,当检测到多个零位信号后,则计算出相邻两个零位信号所形成的零位信号区间的个数,具体的,零位信号区间的个数为统计的零位信号数目减去一,随后统计出零位信号区间内的方向脉冲信号数目;其中,在一个具体的实施例中,仅仅检测第一个零位信号和第二零位信号,并统计两个零位信号之间的输出方向脉冲。
在一些实施例中,请参阅图4,所述根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出方向脉冲数,包括:
S401、判断所述光电编码器正反转动情况;
S402、若所述光电编码器正转,则所述输出脉冲对应的公式为Δ=X-Y,其中,X为计数器检测到的正转数量,Y为计数器检测到的反转数量;
S403、若所述光电编码器反转,则所述输出脉冲对应的公式为Δ=Y-X,其中X为计数器检测到的正转数量,Y为计数器检测到的反转数量。
需要说明的是,光电编码器的正反转情况可根据直流电机的正反转情况判定,当光电编码器处于正/反转时,其输出脉冲与其转动情况相关。
在一些实施例中,所述并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值,所述光电编码器的精度表达式为: Jd=|Δ-S|/S×100%,
其中,Δ为检测到的光电编码器的输出脉冲,S为光电编码器的理论脉冲数,Jd为光电编码器的精度。
通过获取光电编码器的理论脉冲数,随后根据光电编码器实际输出的脉冲数,即可确定光电编码器的精度值。
在一些实施例中,所述根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数,n表示方向脉冲信号总数,z表示零位信号的统计值。
如图5所示,基于上述脉冲增量式光电编码器精度检测方法,本发明还相应提供了一种电子设备,该电子设备可以是移动终端、桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及服务器等计算设备。该电子设备包括处理器510、存储器520及显示器530。图5仅示出了电子设备的部分组件,但是应理解的是,并不要求实施所有示出的组件,可以替代的实施更多或者更少的组件。
存储器520在一些实施例中可以是该电子设备的内部存储单元,例如电子设备的硬盘或内存。存储器520在另一些实施例中也可以是电子设备的外部存储设备,例如电子设备上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(SecureDigital,SD)卡,闪存卡(Flash Card) 等。进一步地,存储器520还可以既包括电子设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器520用于存储安装于电子设备的应用软件及各类数据,例如安装电子设备的程序代码等。存储器520还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。在一实施例中,存储器520上存储有脉冲增量式光电编码器精度检测程序540,该脉冲增量式光电编码器精度检测程序540可被处理器510所执行,从而实现本申请各实施例的脉冲增量式光电编码器精度检测方法。
处理器510在一些实施例中可以是一中央处理器(Central Processing Unit,CPU),微处理器或其他数据处理芯片,用于运行存储器520中存储的程序代码或处理数据,例如执行脉冲增量式光电编码器精度检测方法等。
显示器530在一些实施例中可以是LED显示器、液晶显示器、触控式液晶显示器以及OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机发光二极管) 触摸器等。显示器530用于显示在所述脉冲增量式光电编码器精度检测设备的信息以及用于显示可视化的用户界面。电子设备的部件510-530通过系统总线相互通信。
当然,本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来控制相关硬件(如处理器,控制器等) 来完成,所述的程序可存储于一计算机可读取的存储介质中,该程序在执行时可包括如上述各方法实施例的流程。其中所述的存储介质可为存储器、磁碟、光盘等。
以上所述本发明的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形,均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种脉冲增量式光电编码器精度检测系统,其特征在于,包括:
电机组件、电源、光电编码器和计数器,所述电机组件的输入端连接于所述电源,所述电机组件的输出端连接于所述光电编码器,所述电机组件用于给所述光电编码器提供一个使其转动的驱动力,所述光电编码器的信号输出端连接于所述计数器,所述计数器用于接收所述光电编码器发出的脉冲信号并对脉冲信号的数目进行统计。
2.根据权利要求1所述的脉冲增量式光电编码器精度检测系统,其特征在于,所述电机组件包括直流电机和转速控制器,所述转速控制器与所述直流电机电连接,所述转速控制器用于调节所述直流电机的转速。
3.根据权利要求1所述的脉冲增量式光电编码器精度检测系统,其特征在于,所述计数器包括至少三路计数输入和至少一个按键开关,所述按键开关位于所述计数器面板上,所述按键开关为自恢复开关。
4.一种脉冲增量式光电编码器精度检测方法,其特征在于,基于如权利要求1-3任一项所述的脉冲增量式光电编码器精度检测系统,所述方法包括:
获取光电编码器的初始零位信号的上升沿及有效宽度;
基于所述初始零位信号的上升沿及有效宽度,同时启动两路定时器检测接收两路信号;
获取光电编码器的终止零位信号的上升沿及有效宽度;
基于所述终止零位信号的上升沿及有效宽度,停止所述两路定时器的检测工作;
获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲数,并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值。
5.根据权利要求4所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法,其特征在于,在获取光电编码器的第一个零位信号的上升沿及有效宽度之前,还包括:
控制所述直流电机带动所述光电编码器同步转动。
6.根据权利要求4所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法,其特征在于,所述获取相邻两个零位信号之间所述光电编码器的输出脉冲,包括:
获取检测到的零位信号的统计值,以及脉冲信号总数;
根据所述零位信号的统计值,确定单位零位信号区间的个数;
根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数。
7.根据权利要求6所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法,其特征在于,所述根据所述单位零位信号区间个数和方向脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数,包括:
判断所述光电编码器正反转动情况;
若所述光电编码器正转,则所述输出脉冲对应的公式为Δ=X-Y,其中,X为计数器检测到的正转数量,Y为计数器检测到的反转数量,Δ为检测到的光电编码器的输出脉冲;
若所述光电编码器反转,则所述输出脉冲对应的公式为Δ=Y-X,其中X为计数器检测到的正转数量,Y为计数器检测到的反转数量,Δ为检测到的光电编码器的输出脉冲。
8.根据权利要求4所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法,其特征在于,所述并根据所述输出脉冲数与理论脉冲数的关系,确定光电编码器的精度值,所述光电编码器的精度表达式为:
Jd=|Δ-S|/S×100%
其中,Δ为检测到的光电编码器的输出脉冲,S为光电编码器的理论脉冲数,Jd为光电编码器的精度。
9.根据权利要求6所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法,其特征在于,所述根据所述单位零位信号区间个数和脉冲信号总数,确定所述单位零位信号区间内光电编码器的输出脉冲数,n表示方向脉冲信号总数,z表示零位信号的统计值。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序,所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行,以实现如权利要求4-9所述的脉冲增量式光电编码器精度检测方法中的步骤。
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CN116481582A (zh) * | 2023-06-21 | 2023-07-25 | 深圳深蕾科技股份有限公司 | 一种增量式光电编码器精度检测系统 |
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